通过熔融沉积建模技术打印的轻质芯壳结构复合材料的机械性能与抗静电性能提升

《Polymer Composites》：Mechanical and Antistatic Improvements in Lightweight Core-Shell Structural Composites Printed by Fused Deposition Modeling

3D打印技术制备核壳结构轻质复合材料，通过钻石增强和碳纳米管表面处理实现力学性能提升（拉伸强度+14.5%）和抗静电性能（体积电阻率3.01Ω·cm），同时保持优异热稳定性（残炭率+188.2%）|

　　

摘要

熔融沉积建模（FDM）打印是一种用于制造具有定制结构的复合材料的通用技术；然而，在保持其机械性能的同时赋予复合材料多种功能仍存在挑战。本文提出了一种通过FDM打印技术制备轻质高性能复合材料的核壳结构纤维的方法。采用天然深共晶溶剂（NADES）处理后，纤维中木质纤维素与PLA之间的界面相容性得到改善，从而提升了机械性能（抗拉强度提高了14.5%）和热稳定性（质量残留率提高了188.2%）。含有60%金刚石的FDM打印复合材料表现出最佳的机械性能，这一点从拉伸试样的数字图像相关（DIC）结果中的应力分布均匀性中可以得到体现。此外，在挤出过程中，在纤维表面包裹了一层碳纳米管（CNT，质量分数为1%），形成了核壳结构。所得到的复合纤维不仅具有优异的防静电性能（体积电阻率为3.01 Ω·cm），还保持了其出色的机械性能，抗拉强度高达54.38 MPa。本研究开发了一种低成本的方法，用于制备具有增强机械性能和防静电性能的轻质复合材料，为扩展多功能FDM打印复合材料的应用提供了思路。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。